一種白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法
【專利摘要】本發明涉及工業級四氯化硅的提純及回收方法，傳統的精餾塔提純方法在質量上難以達到生產白炭黑原料的要求，氯硅烷損失大，管道易堵塞，影響生產順利進行，本發明提供的技術方案主要為四氯化硅在板式塔中汽化提純，然后冷凝回收，板式塔排出的廢液在氯硅烷蒸發罐中蒸發回收再提純，少量廢渣排出后用堿液中和處理，提純后的四氯化硅雜質含量保證達到國家標準，氯硅烷能全部回收，并且具有管道不易堵塞，清理勞動量小，工藝簡單，輔助設備少，操作容易等有益效果。
【專利說明】一種白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于氣相白炭黑生產中原料四氯化硅的提純以及回收方法。
【背景技術】
[0002]氣相白炭黑由硅的鹵化物(主要是四氯化硅和甲基三氯硅烷)在氫氧火焰中高溫水解生成的納米級白色粉末，學名氣相二氧化硅或氣溶膠二氧化硅，主要作為補強填料和多功能添加劑，是一種在世界范圍內真正工業化的納米材料。目前絕大多數多晶硅企業采用的改良西門子法生產多晶硅，在生產多晶硅的同時會產生大量的副產物四氯化硅，而四氯化硅可以作為生產氣相白炭黑的原料，因此，多數氣相白炭黑裝置與多晶硅裝置進行聯產。隨著多晶硅生產技術的不斷提高，多晶硅尾氣以及副產四氯化硅的循環利用技術的不斷完善。大量的副產四氯化硅進入氫化系統，被還原為三氯氫硅，用于生產多晶硅。此狀況造成氣相白炭黑原料短缺，多晶硅裝置無法給白炭黑裝置提供精制四氯化硅原料，而只能提供雜質含量較高的工業級四氯化硅。
[0003]由于國家標準GB/T20020-2005對氣相白炭黑中金屬氧化物含量有明確規定--三氧化二鐵含量低于30ppm,三氧化二招含量低于500ppm, 二氧化鈦含量低于300ppm,因此白炭黑生產對于原料四氯化硅中的金屬離子含量也有要求，一般要求原料四氯化硅中的鐵離子含量低于5ppm,招離子含量低于50ppm,鈦離子含量低于50ppm。而工業級四氯化娃中金屬離子的檢測結果為:鈦離子含量為100-400ppm，鋁離子含量200-400ppm，鐵離子含量在40-150ppm。工業級四氯化硅中金屬離子含量遠遠超過白炭黑原料要求的指標。工業級四氯化硅由于金屬雜質含量高，會造成氣相白炭黑產品金屬氧化物含量超標，產品品質下降。因此，需要對工業級四氯化硅進行提純處理，才能生產出高品質的氣相白炭黑。
[0004]由于工業級四氯化硅內含有大量雜質，提純較為困難，采用傳統的精餾塔，塔釜排液中含有大量氯硅烷，造成 氯硅烷損失，并且需要消耗大量堿液處理排出的氯硅烷，排液管道容易堵塞，清理勞動量大。
[0005]國內專利CN102390833A對傳統精餾技術進行了創新，名稱為:負壓回收西門子法生產多晶硅中廢棄氯硅烷的方法，主要內容為氯硅烷廢液在負壓蒸發器中，氯硅烷沸點降低，部分氯硅烷閃蒸，直接氣化成氯硅烷氣體，再抽回氯硅烷儲罐，形成氯硅烷液體，該工藝不需消耗熱能，操作溫度較低，但在閃蒸過程中廢液中部分雜質跟隨閃蒸蒸汽一同進入回收系統，使回收的氯硅烷不能直接使用，并且只有部分氯硅烷被回收，回收率低，其余氯硅烷與雜質一起排出處理，處理成本較高。

【發明內容】

[0006]針對目前工業級四氯化硅處理技術的不足，本發明提供了一種適用于氣相白炭黑生產中原料四氯化硅的提純以及回收方法。
[0007]本發明所采用的技術方案是板式塔與高效蒸發器聯合使用，將四氯化硅全部蒸發回收的工藝方法，其原理為:工業級四氯化硅通過管道進入板式塔內進行淋洗，塔釜的四氯化硅通過再沸器蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來的四氯化硅液體逆向接觸，經過氣液兩相在篩板表面傳質、傳熱，輕組分從塔頂部排出，經一級冷凝器進行冷卻(冷卻介質:循環水)進入四氯化硅緩沖罐。塔釜的重組份通過管道排入氯硅烷蒸發罐，蒸發出的四氯化硅蒸汽重新送入板式塔進行精餾，氯硅烷蒸發罐內蒸干后的固體廢渣及少量廢液通過氯硅烷蒸發罐排渣口排出。四氯化硅緩沖罐內氯硅烷一部分通過回流泵泵入板式塔塔頂作為回流液，一部分通過回流泵泵入白炭黑裝置，用于白炭黑生產使用。
[0008]本發明的主要步驟為:
①工業級四氯化硅通過管道進入板式塔內進行淋洗，去除工業級四氯化硅中的金屬離子以及高沸點雜質，板式塔液位控制在700-1300_ ；
②在塔內，塔釜的廢液通過再沸器蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來的氯硅烷液體逆向接觸，經過氣液兩相在篩板表面傳質、傳熱。為了保證分離效果，塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MPaG,板式塔壓差控制在25-50kpa，輕組分由塔頂部排出，經過冷凝器冷凝進入四氯化硅緩沖罐；
③塔釜的重組份通過管道排入氯硅烷蒸發罐；
④氯硅烷蒸發罐將塔釜重組份中的氯硅烷蒸發汽化，氯硅烷蒸汽則重新送入板式塔進行精餾，氯硅烷蒸發罐底部的廢渣通過排渣口排出，進行堿液中和處理。
[0009]⑤四氯化硅緩沖罐內精制四氯化硅一部分通過回流泵打入板式塔塔頂作為回流液，一部分采出的作為生產氣相白炭黑產品的原料。
[0010]本發明主要是采用板式塔對多晶硅無法利用的工業級四氯化硅進行提純，塔頂的精餾出的四氯化硅生產氣相法白炭黑，塔釜排出金屬離子雜質含量高的廢液通過高效蒸發器進一步將塔釜排液中的四氯化硅蒸發，將四氯化硅蒸汽送入板式塔中提純，使四氯化硅最大程度的被回收。
[0011]本發明可以對工業級四氯化硅進行提純，大大降低工業級四氯化硅中金屬離子的含量，滿足白炭黑生產中原料指標的要求，并將氯硅烷全部回收，生產出高品質的氣相二氧化硅。經過本發明工藝裝置提純后，四氯化硅中的金屬離子含量為:鈦離子含量為l-30ppm,招離子含量為l_30ppm,鐵離子含量0.2_3ppm。工業級四氯化娃被精制提純,金屬雜質的含量已經完全能夠達到生產高品質氣相白炭黑的要求。本發明還具有氯硅烷被全部回收，排液管道不易堵塞，清理勞動量小，工藝簡單，輔助設備少，操作容易的有益效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發明一種白炭黑生產原料的提純及回收方法的工藝流程圖
圖中:1_板式塔2-再沸器3-冷凝器4-四氯化硅緩沖罐5-回流泵6-氯硅烷蒸發罐。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
[0014]本發明的裝置主要包括:一臺板式塔，作用:主要用于工業級四氯化硅的提純，將工業級四氯化硅中的氯硅烷與金屬離子雜質分離；
一臺再沸器，作用:給板式塔提供熱量，使氯硅烷汽化；一臺冷凝器，作用:將提純后的氯硅烷蒸汽進行冷凝；
一臺氯硅烷緩沖罐，作用:儲存提純后的氯硅烷；
一臺回流泵，作用:向板式塔中輸送回流氯硅烷，同時向白炭黑裝置輸送原料四氯化硅。
[0015]一臺氯硅烷蒸發罐，作用:對板式塔塔釜排出的四氯化硅廢液進行蒸發回收。
[0016]本發明主要步驟包括:
①工業級四氯化硅通過管道進入板式塔I內進行淋洗，去除工業級四氯化硅中的金屬氯化物以及高沸點雜質，板式塔液位控制在700-1300mm ；
②在塔內，塔釜的廢液通過再沸器2蒸汽加熱汽化形成上升氣流，與從上部噴淋下來的氯硅烷液體逆向接觸，經過氣液兩相在篩板表面傳質、傳熱。為了保證分離效果，塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MPaG,板式塔壓差控制在25-50kpa，輕組分由塔頂部排出，經過冷凝器3冷凝進入四氯化硅緩沖罐4 ；
③塔釜的重組份通過管道排入氯硅烷蒸發罐6；
④氯硅烷蒸發罐6將塔釜重組份中的氯硅烷蒸發汽化，氯硅烷蒸汽則重新送入板式塔I進行精餾，氯硅烷蒸發罐6底部的廢渣通過排渣口排出，進行堿液中和處理。
[0017]⑤四氯化硅緩沖罐4內精制四氯化硅一部分通過回流泵5打入板式塔I塔頂作為回流液，一部分采出的作為生產氣相白炭黑產品的原料。
`[0018]為了保證氣相白炭黑產品品質滿足國家標準GB/T20020-2005的規定，一般要求原料四氯化娃中的鐵離子含量低于5ppm,招離子含量低于50ppm,鈦離子含量低于50ppm。
[0019]工業級四氯化硅中金屬離子含量為:鈦離子含量100_400ppm，鋁離子含量200-400ppm,鐵離子含量40_150ppm。工業級四氯化娃中金屬離子含量遠遠超過白炭黑原料要求的指標。經過本發明工藝裝置提純后，四氯化硅中的金屬離子含量為:鈦離子含量為l-30ppm,招離子含量為l_30ppm,鐵離子含量0.2_3ppm。工業級四氯化娃被精制提純,金屬雜質的含量已經完全能夠達到生產高品質氣相白炭黑的要求。
[0020]本發明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的技術方案。對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法，其特征為工業級四氯化硅通過管道進入板式塔內進行淋洗，再由再沸器加熱汽化，形成上升氣流，與上部噴淋下來的四氯化硅液體逆向接觸，汽液兩相在篩板表面傳質、傳熱，輕組分從塔頂排出，經一級冷凝器冷卻后進入四氯化硅緩沖罐，塔釜的重組分排入氯硅烷蒸發罐，蒸出的四氯化硅蒸汽重新送入板式塔進行精餾，氯硅烷蒸發罐蒸干后的固體廢渣及少量廢液通過氯硅烷蒸發罐排渣口排出，四氯化硅緩沖罐內氯硅烷一分部通過回流泵泵入板式塔，在塔頂作為回流液，另一部分通過回流泵泵入白炭黑裝置，用于白炭黑生產。
2.根據權利要求1所述的白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法，其特征為板式塔塔頂溫度控制在60-100°C，塔釜溫度控制在90-120°C，塔釜壓力控制在0.05-0.25MpaG,板式塔壓差控制在25_50Kpa。
3.根據權利要求1所述的白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法，其特征為板式塔液位控制在700-1300mm。
4.根據權利要求1所述的白炭黑生產中工業級四氯化硅的提純回收方法，其特征為再沸器用蒸汽加熱 。
【文檔編號】C01B33/107GK103482633SQ201310443763
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】胡光健, 劉興平, 陳喜清, 張吉武 申請人:新特能源股份有限公司